Communications Biology: ученые выяснили, как мозг помогает человеку ходить

Исследование, проведенное в Университете Осаки и опубликованное в журнале Communications Biology, выявило, что мозг вмешивается в процесс ходьбы только в тех случаях, когда возникают трудности.


Ходьба — это действие, которое большинство выполняет без особых усилий и размышлений. Человек может легко совмещать ее с другими занятиями благодаря тому, что каждая нога движется ритмично, управляемая спинным мозгом. Однако если возникает необходимость изменить скорость или направление, мозг начинает помогать, чтобы сохранить равновесие и координацию. Исследователи стремились понять, как мозг поддерживает стабильный ритм ходьбы, особенно в сложных ситуациях (неровные поверхности или внезапные изменения темпа). Для этого здоровые участники ходили по беговой дорожке, которая неожиданно меняла скорость.

В результате этих резких изменений участники на мгновение теряли свой привычный ритм ходьбы, известный как "противофазные отношения", когда движение одной ноги не совпадает с движением другой. Тем не менее они быстро восстанавливали нормальный ритм после временного сбоя.

Для анализа данных о ходьбе исследователи использовали математическую модель, напоминающую два маятника, соединенных пружиной. Также применялся метод байесовского вывода, который позволил установить, когда и как мозг берет на себя контроль над координацией движений ног.

Ученые обнаружили, что мозг не осуществляет постоянный контроль над движениями. Он вмешивается лишь в тех случаях, когда координация между ногами становится слишком нарушенной и превышает определенный порог. Это позволяет ногам двигаться в основном самостоятельно, что экономит ресурсы мозга и энергию во время ходьбы.

Ведущий автор исследования Такахиро Араи отметил, что использованный метод помог лучше понять, как мозг управляет координацией ног. Старший автор Шинья Аой добавил, что результаты показывают, как мозг находит баланс между контролем и гибкостью: он не осуществляет избыточный контроль, что затрудняет адаптацию к препятствиям, и в то же время не допускает чрезмерной несогласованности, что может привести к падениям.

Источник: knowridge.com